細胞工程在制藥方面的研究

摘 要：細胞工程在醫藥領域發揮的重要作用，在我國的醫藥研發中細胞工程為以生物制藥的發展提供了相當多的理論與技術支持，促進了我國醫藥行業的發展。本文主要總結了細胞工程中關于動物細胞工程與植物細胞工程近年來的研究現狀，以及對未來細胞工程應用在制藥方面的發展。

關鍵詞：細胞融合;細胞核移植;轉基因

一、歷史沿革

細胞工程是應用細胞生物學、遺傳學和分子生物學的理論和方法，從細胞水平上對細胞進行大規模培養和分子水平上的基因改造。[1]現今當生命科學的理論知識與應用技術飛速發展后，細胞工程中以細胞培養為主的技術手段日益成熟。特別是動物細胞的培養研究有相當可觀的效果，其應用發展前景有無限的未來。以細胞工程制藥技術為例，細胞工程制藥技術是在制藥工業的基礎上以細胞工程技術來進行藥物的開發、研究與生產。細胞工程是以細胞為基礎單位，依據人類的利益與需求，使用分子生物學、細胞生物學等學科理論知識與實際技術，對細胞進行某個方向的設計與操作以改變該種細胞的遺傳特性，使其之前的能力退化或加強以及達到增加或減少某一特定產物，使該細胞在離體環境下大量培養增殖，并生產為人類使用的產品的一門技術和應用科學。它分為上游工程與下游工程、細胞培養、細胞遺傳操作與細胞保藏為上游，將轉化好的細胞用以生產實踐中進行生產的過程為下游，現今細胞工程主要的技術領域有細胞器特別是細胞核移植技術、轉基因技術染色體改造技術、細胞融合技術和細胞大量培養技術等。

二、現狀

（一）動物細胞工程研究現狀

（1）細胞融合。細胞融合是指使用人工或自然發生的使兩個以及多個不同細胞互相融合，成為一個細胞的過程。常被用來進行單克隆抗體的生產，生成新的融合物種，或者產生新的細胞系等。細胞融合是我國目前動物細胞工程研究中最成熟的技術。淋巴細胞雜交瘤是在國內開展研究與應用工作最為普遍的一項技術。其在國內培育了相當數量的雜交瘤細胞株系且實用價值較高，這些雜交瘤細胞株系主要被用于進行單克隆抗體的生產，其生產的單克隆抗體對于一些特殊的疾病具有很好診斷與治療效果。例如：國內的腫瘤疫苗、甲肝病毒單克隆抗體、抗人IgM單克隆抗體等都利用了單克隆抗體技術。依據國內的生產研究技術發展成熟，單克隆抗體的產業化生產已經初具規模。

（2）細胞核移植。核移植技術是指，將一個動物細胞的細胞核，移植到另外一個卵細胞中，并進行生長發育的過程。核移植技術主要被用來進行生物反應器的制備，其具有廣闊的發展前景。市場調查發現研制乳腺生物反應器是最被看好的轉基因制藥生產方向，使用乳腺生物反應器來進行基因工程中人類蛋白質藥物的生產，相比于微生物發酵與動物細胞培養技術來進行的藥物生產，能夠極大的降低生產成本。由于顯微注射技術一直是乳腺生物反應器生產的僅有實用手段，但顯微注射技術本身具有，設備精密昂貴，操作技術偏難，每次操作的細胞數量有限等難以量產的缺點，導致乳腺生物反應器未能具有較大長遠的發展。基因打靶技術與核移植技術進行結合，可能是乳腺生物反應器未來發展的主要方向，基因打靶技術在消除位點效應，降低成本，與外援基因定點整合等方面具有明顯的優勢。在國內魚類新品種的培養應用的核移植技術具有相當充足的研究基礎，除魚類外，我國對于哺乳動物的核移植技術也具有許多成熟的經驗，特別是體細胞克隆技術迅猛發展，在老鼠、山羊、牛等動物的體細胞克隆中皆已取得成功案例。

（3）轉基因動物。轉基因動物是指，人為干涉，以技術手段將外源基因整合到動物細胞基因組中，并能穩定遺傳給子代的技術。21世紀最具前景的制藥技術是基于轉基因動物的來進行生產的轉基因藥物。在70年代后期，DNA重組技術的出現，給基因工程藥物的誕生創造了基礎條件，而具有高效率，高產值特色的基因工程藥物，沖擊現有藥物生產帶來了一場藥物生產的革命，直接推動了整個醫藥行業的迅猛發展。迄今利用轉基因技術生產藥物的發展歷程分為三個階段，第一階段是細菌基因工程，第二階段是細胞基因工程，而轉基因動物就屬于第三個階段，在動物的眾多器官中最適合被用來進行轉基因藥物的生產場所就是乳腺，動物的乳腺屬于外分泌器官，其分泌的乳汁不會進入動物體內參與物質循環，轉基因后的藥物分布在乳汁中隨著乳汁分泌到動物體外，而不會因為藥物對動物自身的生理代謝產生影響，通過乳汁獲取的轉基因藥物具有產量高、易提純、生物活性穩定的優點。

（4）動物細胞培養。動物細胞培養是指具有生命活性分散開的動物細胞，在體外經過人工培養下生長、增殖的過程。1970年Harrison等人以淋巴液為基礎作為培養基對蛙胚神經組織進行體外培養，開啟了動物細胞培養的技術性發展，經過一個多世紀以來的發展，細胞培養技術已經步入成熟，并且開始了自動化，多樣化乃至規模化的生產。現已廣泛的應用于生物醫學的研究與應用中，動物細胞培養技術所生產的激素、生長因子、酶、干擾素、單克隆抗體等，皆為高技術醫藥生物產業的重要部分，世界關于生物技術產品的50%以上銷售產值都由此創造。

鑒于動物細胞培養技術獨特的生物學特性，不同產品的復雜程度與質量要求相差很大，現有的動物細胞培養技術還難以滿足特殊高價值醫藥生物制品大規模生產的要求，促使動物細胞培養技術進行進一步的研究與發展，時至今日我國動物細胞培養技術研究發展所關注的點在三個方面，分別是提高產率、優化培養環境、保證質量的一致性。

（二）植物細胞工程研究現狀

（1）植物細胞培養生產藥用成分。植物細胞的大量培養是指，利用植物細胞，以現代生物工程技術手段來進行大規模工業生產，來獲得人類所需產品的技術。1956年Routier與Nickell首次提出以植物細胞培養物來合成藥物，而后在1967年Kaul與Staba采用了多升發酵罐對AmmiVisnaga進行了大規模細胞培養的研究，并通過培養得到了呋喃色酮[1-2]。作用于肺癌、卵巢癌、乳腺癌的抗癌藥物紫杉醇，具有廣譜、低毒、高效的優點，其作用機制獨特。被譽為20世紀90年代國際抗腫瘤藥物的三大成就之一，紫杉醇的來源問題一直是當代研究的熱點，而植物細胞培養技術為公認的一種具有可將紫杉醇量產的有希望的方法。通過植物細胞培養技術有些藥物已經實現了工業化的生產，例如黃連細胞培養物進行生產的黃連堿、人參根細胞培養物進行生產的人參皂苷等，而有一些藥物也已經達到了中試的水平，例如青蒿生產青蒿素、丹參生產丹參酮、三七生產皂苷、紫草生產萘醌等。

（2）植物快速繁殖技術。植物快速繁殖技術多被應用于高附加值的經濟植物，一些瀕危物種，轉基因植物繁殖，或者進行育種脫毒等操作中。植物快速繁殖技術在植物細胞工程中是相當廣泛應用的一種技術，將植物快速繁殖技術與超低溫保存種質法結合起來，可以實現植物種質資源的長時間保存于利用。在我國進行植物快速繁殖技術研究比較早，在20世紀70年代中期對植物規模化快速繁殖脫毒研究就已經開始了。其研究的植物種類包含花卉、果樹、林木、蔬菜以及藥用植物等，其中蘭花、香蕉、脫毒馬鈴薯、蘋果、草莓、葡萄等規模較大。植物種質資源的保存是植物遺傳育種與生物的多樣性保護的基礎，種質超低溫保存技術保存的種質遺傳穩定，其保存技術高效。超低溫保存種質在節省時間，人力與物力方面優勢明顯，是中長期種質保存方法的優質選擇。

（3）轉基因植物。轉基因植物是指，利用基因工程技術將目的基因導入植物受體細胞中，以培育出能夠穩定表達目的基因的植物。在我國對于轉基因植物的研究較晚，但經過國家的重點扶持，較早的列入了“863”計劃中，目前國內的轉基因植物技術研究也是在快速發展。據統計，在近幾年我國所研究的轉基因植物具有52種，其中前3位的植物是：棉花、水稻與玉米拿到國家商品化生產許可的有抗病毒甜椒、抗病毒木瓜、抗蟲棉花、轉查爾酮合成酶基因矮牽牛等。

轉基因植物進行生產的優勢在于：①相比于動物細胞培養而言，植物細胞培養易于成活，利于進行遺傳操作。②植物細胞具有全能性，能夠培育出完整植株。③植物種子容易儲存，利于產物的儲存于運輸。④轉基因動物技術存在產生新型基因動物病毒的風險，而轉基因植物風險較低。⑤植物生長發育周期短，利于篩選與調試轉基因植株。

（4）植物生物反應器。植物生物反應器是指通過植物細胞懸浮培養技術，培養的天然的或轉基因的植物細胞，組織或整個植株作為“工廠”來大量生產人類所需產品。在我國植物生物反應器的研究于20世紀90年代初期開始，目前在培育轉基因植物和構建高效植物表達載體等主要技術方面與國外技術相差很小，但是對于植物生物反應器研究與應用的積累上與國外發達國家還存在較大差距，在國家通過“九五”計劃對植物生物反應器進行政策扶持后，目前已經取得的成果有：①使馬鈴薯與番茄導入乙型肝炎病毒包膜蛋白的基因，并獲得高效表達的外源基因植株。②使馬鈴薯導入產毒素大腸桿菌熱敏毒素b亞基及定居因子CS6B抗原蛋白基因，并獲得高效表達重組抗原蛋白的馬鈴薯植株。③得到了口蹄疫流行株的基因文庫并得到了O型口蹄疫口服疫苗VP1基因，可作為疫苗研究進行轉基因表達蛋白。[3]

三、展望

在傳統制藥工業中，隨著細胞工程藥物的研究與應用一定會帶來新一輪的技術革命以推動整個制藥行業的發展，并會在人類的醫藥保健行業中的重要性會越來越大。從目前的醫藥行業的發展趨勢來進行分析與推導，我國將來細胞工程制藥領域應該重視的方向是：

（1）研發與制造源化抗體，增加治療效果，得到更加適合于人體使用的抗體藥物。

（2）利用細胞工程技術，繁殖保護制藥中瀕臨滅絕的植株，擴增數量稀少但其附加值高的新型藥物，滿足臨床需求，以及對傳統藥材進行轉基因研究增加或加強其藥用功能。

（3）加強動物細胞的制藥研究，動物細胞與植物細胞相比較更加貼合人體，發展轉基因動物產業可獲得高利潤的回報。

參考文獻：

邱忠毅.細胞工程技術的應用[J].生物化工，2018，004（004）：140-143.

成靜，郭勇.植物細胞工程藥物生產的研究進展[J].江西科學，2000（1）：60-62.

靳坤，李洋，李乾，等.我國生物制藥研究進展及展望[J].現代生物醫學進展，2012（2）：370-372，376.

作者簡介：李從林（1998— ），男，土家族，湖北人，本科在讀，研究方向：生物醫藥。